水利水电工程基础灌浆中特殊地层的灌浆技术应用

潘文 PAN Wen

（广东水电二局股份有限公司，广州 511340）

0 引言

某省苗族自治县盐井水利工程位于西南山区，属于大吸量地层、承压水地段，水利水电工程的基础灌浆中的特殊地层。这些特殊地层在水利水电工程施工中会带来极大不良影响，为了能够提高整体施工质量，达到良好的施工效果，就需要重视起特殊地层中灌浆技术的合理选择与应用，为满足施工进度要求，将施工区域钻孔灌浆施工进行区域划分。拟定施工区分为三个区域：一、大坝趾板河床段及左、右岸边坡趾板固结灌浆；二、溢洪道基础固结灌浆；三、引水隧洞基础固结灌浆。

1 固结灌浆施工

孔位放样：为保证灌浆效果，在钻孔结束后对灌浆孔段在灌浆前采用压力水进行裂隙冲洗，直至水变清净为止，孔底沉淀厚度不超过20cm。冲洗压力为灌浆压力的80%，大于1MPa时采用1MPa。进行压水试验，先导孔与检查孔采用单点法或五点法，其他孔采用简易压水方法。简易压水试验压力采用灌浆压力的80%，最大不超过1MPa，每5min测读一次压入流量，连续读取4次，取最后的流量作为计算流量。

①趾板混凝土浇筑时按施工图要求预埋Φ76PVC管，单根预埋管长度与趾板实际厚度相同。

②固结基本孔采用潜孔钻钻孔，孔径不小于56mm。固结检查孔、声波测试孔、抬动监测孔孔径不小于76mm，采用地质钻机钻孔。

③固结灌浆钻孔在趾板混凝土强度达到设计强度后进行。

④钻孔施工当中，使用的机械型号为yt-28型封钻机钻孔的孔径大小为42mm。在实际的钻孔工作当中，需要严格依照相关的规范设计标准来加以执行，需要针对其中的重点施工内容来进行有效的控制，依照相关的工作要求对孔底的偏差控制在1/40的孔洞深度。

⑤施工中严格按照分序逐渐加密的原则进行施工，先钻灌Ⅰ序孔，再钻灌Ⅱ序孔，最后钻灌检查孔。

⑥钻孔结束后会同监理工程师进行检查验收，检查合格并经监理工程师签认后，才进行下一道工序施工。

⑦钻机的安放、孔序、孔位、孔深、倾斜度等方面进行严格控制，灌浆孔位与设计位置的偏差不宜大于10cm。

⑧需对所有钻孔均进行妥善保护，直到验收合格为止。固结灌浆采用纯压式灌浆法及钻孔冲洗，如图1所示。

图1 灌浆施工流程图

钻孔结束后，采用风、水轮换进行冲洗，冲洗压力：风压采用10%～20%灌浆压力，并不大于0.5MPa；水压采用80%灌浆压力，但不超过1.0MPa。冲洗时间为20min或回水清净时止。裂隙冲洗方法：采用高低压脉冲冲洗的方法，压力为灌浆压力的80%，但不超过1.0MPa。冲洗时间为20min或回水清净时止。

2 特殊地层的灌浆参数方法及条件

灌浆参数的选择：孔深、孔径、孔距、压力、浆液配合比的参数值。

①孔深：8.0、15.0m；②孔径：76mm；③孔距：孔间距2.5m，排距2.5m、6m；④段长、压水及灌浆压力：灌浆段长度依次为2m、3m、5m、5m；冲水压力为灌浆压力的80%但不大于1MPa；⑤灌浆浆液水灰比采用3∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1四个比级。

方法：①采用自上而下分段灌注完成；灌压力为0.2～0.6MPa，灌浆压力拟用如表1。

表1 灌浆压力拟用表

②灌浆采用循环式水压塞结合孔口封闭器封口灌浆。

③基岩固结灌浆方式采用孔内循环灌浆法，射浆管安装在距孔底50cm位置。

④溶腔、溶洞段采用纯水泥浆进行回填，特殊涌水段需添加外加剂（如水玻璃等）进行封堵。

⑤无特殊地质段的孔段，灌浆结束后待凝。

⑥浆液变换原则如下：1）浆液水灰比：本工程中固结灌浆水泥浆液水灰比（重量比）采用3:1、2:1、1:1、0.5:1四个比级，开灌水灰比可采用3:1，实际施工水灰比参数根据灌浆试验确定。2）当灌浆压力保持不变，注入率持续减少，或注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比。3）当某级浆液灌入量已达300L以上时，或灌注时间已达30min时，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级水灰比。4）当注入率每分钟大于30升时，可根据具体情况越级变浓。5）灌浆过程中，需记录相关数据，并降低水位到标准高度；有效清洗裂缝与灌浆孔，在灌浆施工未开始之前，必须保证孔壁与孔底干净；清洗过程中需注重对水压的控制，冲洗时长可通过孔洞深浅水的清与浊来确定。

固结灌浆结束条件：①固结灌浆在规定压力下，当注入率每分钟不大于1升，继续灌注30分钟，灌浆即可结束。②当长期达不到结束标准时，报请监理人共同研究处理措施。③灌浆孔结束后，采用导管注浆法封孔，孔口涌水的灌浆孔采用全孔灌浆法封孔。④人工封孔：待孔内水泥浆液凝固后，灌浆孔上部空余0.5m部分采用水泥砂浆人工封填密实，并将孔口压抹平整。⑤压水试验检查孔完成检测后，应按以上要求进行灌浆和封孔。

3 特殊地层的基础灌浆技术应用

3.1 基础灌浆技术在岩溶地区的应用

在建筑水利水电工程施工过程中，特殊地区并不少见，如果遇到岩溶发育地段的话，需要考虑两种情况，也就是有没有填充物。对这两种情况要分别采用不同的应对方式，这样才能够提高整体的基础灌浆施工质量。另外，也要对岩溶的规模以及深度等具体情况进行实地勘察与了解，并选用合适的方式进行施工，这样的灌浆施工效果才能更加显著。

在特殊岩溶地区无填充物的情况下进行水利水电工程施工时，直接回填高流态混凝土是比较好的选择，并配合导管浇筑方式，这样能够防止混凝土出现分离情况。不过在没有填充物的情况下进行灌浆施工时，一定要严格按照相应的灌浆顺序来进行，因为这会直接影响水利水电工程的实际施工效果。在使用灌浆技术时，务必要把握好土质，所以在实际灌浆之前，设计工人一定要提前将长期勘察工作做到位，整体把握施工地区的土质、岩层、粉煤灰配比等相关信息，这样才能够将关键技术的应用效果从根本上提升，并且能够在不同程度上促进水利水电工程整体性、稳定性、安全性的提高，为我国经济实现又好又快发展带来积极影响。而灌浆技术的具体应用会对水利水电工程的施工周期带来直接影响，所以要控制好灌浆压力，使其一直保持在合理范围内，先完成软土层的灌浆施工，这样更有助于灌浆技术发挥出最大应用效果，使得水利水电工程施工可行性能够明显提高。如果岩溶的空洞比较大，那么就应该将干净的碎石投入到孔洞之内。通常情况下，碎石的粒径都不超过40mm，用碎石将其填满后，再把水泥砂浆进行灌注，这样更有助于水利水电工程整体稳定性与安全性的提高。

在岩溶地区有填充物的情况下进行水利水电工程施工时，选择的处理方法一定要科学合理，高压旋喷灌浆法、高压灌浆法、花管灌浆法等三种处理方法是比较常见的，其中高压灌浆法是最为常用的，这样能够让填充物被挤压得更加密实，使得水利水电工程抗渗透性能够提高。不过高压灌浆法在实际应用中并不是完美无缺的，而是存在着一定的不足之处，比如在溶洞地区中高压灌浆法的应用效果就不明显，所以在进行填充物加固时就应该使用高压旋喷灌浆法。高压旋喷灌浆法又被称之为旋喷法，在实际应用时，也就是通过喷射装置，把浆液喷到土体中。这样才能够将填充物充分加固。

3.2 基础灌浆技术在大吸量地层中的应用

多数情况下，在水利水电工程基础灌浆中，3个小时就能够完成灌浆，而且并不会产生较大的浆液耗量，不过大量吸浆不止的情况时有发生，这主要是由于地层结构比较特殊，导致了浆液会沿着附近的通道不断流失，从而难以达到理想的施工效果。在大吸量地层中，可以根据实际情况采用自流式灌浆技术、加速凝剂、间歇灌浆等不同方式。

首先，自流式灌浆技术。为了能够更好地在水利水电工程基础灌浆施工中应对大吸量地层，就需要合理应用自流式灌浆技术，也就是对浆液的物理特性进行充分利用，当浆液的流动性呈现出逐渐降低的态势，灌浆压力适当提高，这样的技术方法不仅操作非常简单便捷，而且相比于其他方式成本更低，在大吸量地层中被大量应用。要想更有效地让缝隙里的浆液流动速度减缓，限流的方式是比较好的选择，这样更有助于加快浆液沉积速度，再将压力升高，一直到灌浆完成。

其次，加速凝剂。在水利水电工程基础灌浆施工中将加速凝剂加入到泥浆中，这样能够促使水泥浆液的特性发生改变，进而有利于将水泥浆液的凝结速度进一步加快。因此，工作人员应该结合大吸量地层的具体情况，进行加速凝剂的用量选择，并且要将适量的水玻璃、氯化钙速凝剂等加入其中，这样有助于将加速凝剂的使用效果显著提升。

最后，间歇灌浆。这是当灌注一定时间之后，将灌注施工停止，再过一段时间重新进行灌注。在采用间歇灌注方式时，一定要结合水利水电工程的实际施工要求以及灌浆的目的来具体操作，通常情况下，间歇灌注时间应该在8小时之内但不少于4小时，这样才不至于出现水泥浆液彻底流失的情况。

3.3 基础灌浆技术在正在冒水地层中的应用

在水利水电工程施工过程中，冒水地层是比较常见的一种特殊地层，为了能够更好地应对这一地层，将工程施工质量提高，就需要根据冒水地层的实际情况采取相应的应对处理措施。如果在施工过程中遇到的是沿着裂隙冒水的情况，那么就需要根据该地层的冒水量大小选择相应的处理方法。首先在处理冒水量较大的地层时，应该在该地层附近钻出多个深孔，使得裂隙中的水能够从这些深孔中流出，从而完成地层水的清理。或者将孔口管埋在顺着裂隙口凿开的凹槽内，将其埋完之后用砂浆把凹槽填埋好。其次，在处理冒水量比较小的地层时，就可以利用低压力灌浆法来完成，也就是在灌浆时分批次的间歇性进行，当前一次灌浆凝结一定时间，然后开始下一次灌浆。因为孔位的布置会对水利水电工程基础灌浆施工技术的实际应用效果带来直接影响，所以一定要精准地把握孔位，使其尽量不会受到各种实际因素的影响而出现较大偏差，进而达到更理想的施工效果。一般情况下，孔位的布置会随着水利水电工程的实际要求改变而不断变化，所以孔位的布置的适用性会受到一定的限制，这就需要提高相关设计人员的实际工作水平与能力。倘若孔位的布置出现问题，那么势必会影响整个水利水电工程的施工质量，如果问题比较严重的话，甚至会导致工程安全系数发生改变，使得施工风险大大增加，从而为相关企业带来巨大的经济损失。

如果在水利水电工程施工过程中遇到的是从集中漏水点冒水的情况，那么就应该事先将一段孔口管埋设在严重流水点的冒水地层中，将水集中引导孔口管中进而全都将其排出，并在孔口处用比较浓稠的泥浆进行封堵，再利用低压泥浆灌浆法进行灌注。同时，还要结合实际灌浆情况，将灌浆压力适当增加。倘若灌浆量不足的话，也会对灌浆技术的实际应用效果带来一定影响，在灌浆过程中还需要综合考虑不同的土质以及岩层的空隙体积等，因为这些都会直接影响着浆液量，只有灌浆充足才能够让水利水电工程的整体施工效果更加理想。

3.4 基础灌浆技术在有承压水条件下的应用

在地层中含有高压水源或者是低于水库水位的廊道处进行灌浆施工非常容易出现承压水涌出的情况，在这样的情况下，承压水的释放会导致浆液被冲走，从而难以继续进行灌浆施工。为了能够应对这一现象，可以选择的灌浆方法包括压力屏浆法、化学灌浆法以及闭浆法等。其中压力屏浆法主要在常规的灌浆操作完成后，使用相同压力进行5∶1的稀浆循环灌注，将承压水压力抵消，从而能够避免浆液回流情况的发生。闭浆法则是在达到一定的灌浆标准之后，将回浆阀门与进浆阀门关闭，使得封堵后的浆液能够回流到通道，一直到浆液凝固。化学灌浆主要在岩石内注入化学溶液，使得漏水裂隙能够被封堵，防止涌水情况出现，从而能够继续进行灌浆操作。如果在有承压水的情况下进行灌浆，浓浆结束法也常常被应用，把浓浆注入到空隙与孔洞之内，使得浆液与承压水被封堵其中，直到浆液固结为止。

4 特殊地层灌浆的处理方法

由于建筑水利水电工程的施工是一个庞大的体系，因此在施工过程中，特殊的地层由于各种原因可能存在各种意想不到的问题，则需要做出相应的处理，处理的方式会依据特殊地层规模的大小及深度来判断。比如岩溶有充填物，除了上面介绍的高压旋喷灌浆法、高压灌浆法、花管灌浆法之外，还可以根据机器设备不同可以分为单管法，二重管法和三重管法三类，也可以根据成桩形式不同可以分为旋喷法、定喷法、摆喷法三类。在这种情况下，灌浆技术的应用也是有所差别的，在严重漏水的情况下大多采用填充及配料的处理方式，通常情况下用粗砂水泥和其他石头作为填充配料，更加的严密紧实。此外，还可以采用灌浆膜袋的方法来进行处理。这种方法所采用的材料具有很强的耐磨性，在施工时可以将水泥装入模袋中，经过相互挤压容易去除水泥中的水分，只剩下沙土和水泥，这样能够大大降低水泥砂浆中的含氧量，加快了砂浆凝结的速度。这些方法可以充分地保证在严重漏水的情况下，使得水分不过多影响工程的施工，让施工的过程更加稳定。

5 结束语

综上所述，在水利水电建筑工程特殊地层的灌浆施工过程当中，难以避免地会遇到一些特殊地层，如大吸量地层、正在冒水地层、有承压水条件等。这些特殊地层的种类是多种多样的，经过各种基础灌浆施工技术总结分析，为了确保整体施工质量，就需要根据特殊地层的种类选用与之对应的灌浆技术，有助于处理水利工程地基问题，通过基础灌浆技术优势，可以发挥出显著作用，造福一方。